邱燕 QIU Yan
（陕西国防工业职业技术学院，户县 710300）
（Shaanxi Institute of Technology，Huxian 710300，China）
摘要： 本文介绍了太阳能光伏发电系统在公共建筑中的应用，对光伏发电系统进行了探讨和分析，介绍了光伏发电系统与公共建筑结合的形式、关键技术、系统组成和BIPV的应用实例。
Abstract: This paper introduced the application of photovoltaic systems in public buildings, discussed and analyzed the PV system, and introduced the form, key technologies, system composition and BIPV application cases of the combination of photovoltaic system and public buildings.
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关键词 ： 太阳能；BIPV；光伏发电
Key words: solar energy；BIPV；photovoltaic
中图分类号：TM615 文献标识码：A
文章编号：1006-4311（2015）06-0040-02
0 引言
21世纪，世界十大问题之首，就是世界能源的日趋减少。在发展低碳经济的大背景下，太阳能发电凭借着绿色环保、日趋成熟的技术水平、安全、长寿命和取之不尽等优势，得到各国政府的高度认可。截止2011年底，我国太阳能光伏发电累计装机量达300万kW，但与发达国家相比，太阳能光伏发电仍是我国新能源发电产业的“短板”[1]。
自1839年法国科学家E.Becquerel发现光生伏打效应以来，太阳电池已经有170多年的发展历史[2]，1954年美国贝尔实验室成功制备了具有实用价值的单晶硅太阳能电池，该硅太阳电池的转换效率从开始的4.5%，到几个月后的6%[3]，光伏技术的研究与应用进入了新的发展阶段。21世纪以来，太阳能电池开始规模化生产，太阳能光伏发电技术成为朝阳产业，特别是西方等发达国家，太阳能光伏发电技术的应用渗透到各个行业领域中。
1 绿色建筑中太阳能光伏发电技术
1.1 太阳能光伏发电原理 太阳能光伏发电系统，主要是利用太阳能电池的光生伏打效应，将太阳光辐射能量能直接转换为电能，提供给外界负载使用或者进行存储的一种新型发电系统。其关键元件是太阳能电池，太阳能电池经过串联后进行封装保护后构成大面积的太阳能电池组件，配合上功率控制器等单元电路，形成光伏发电装置。
1.2 太阳能光伏发电系统分类 按供电特点，太阳能光伏发电系统也可分为两大类，其一是不用公用电网发生电连接的独立光伏发电系统（Stand-alone PV System），这种形式是当下的主流，主要用于小容量用户、偏远的无电地区和特殊领域的供电；其二是与公用电网发生紧密电连接的并网光伏发电系统（Grid-connected PV System），目前大型集中式太阳能光伏电站、分散式太阳能屋顶光伏发电系统都采用的是并网形式[4]。独立太阳能光伏发电系统的工作原理为白天、光照强度较强时，电池阵列将接收到的太阳能转换为电能，其输出的直流功率直接供给直流负载，同时将多余电能转换为化学能的形式存储在蓄电池中，当遇到夜间、阴天、或雨雾等日照不足的情况时，蓄电池通过放点对负载进行供电。由于负荷电压经常产生波动，在系统中还应设置控制器以调节电压。并网光伏发电系统的特点是当太阳能电池阵列发出的电功率超过负荷需求时，可通过自动控制输向交流市电网，即为“逆潮流”，俗称“卖电”。反之，当光照不足或太阳能发电量不够时，可通过市电网进行供电，即为“正潮流”，俗称“买电”。
2 光伏发电系统应用于公共建筑的技术探讨
随着能源危机、环保等问题的日渐显著，绿色建筑等被提了出来，将光伏发电技术集成到建筑物上，即将光伏发电这样的新能源利用技术与建筑材料、建筑造型等有机的结合起来的新型节能建筑形式[5]。根据光伏电池方阵与建筑物结合的方式不同，太阳能绿色建筑可分为两大类：一是将太阳能电池方阵依附于建筑物上，即太阳能电池方阵以建筑物为载体，建筑物起支撑作用。二是光伏组件以一种建筑材料的形式出现，即把太阳能电池方阵与建筑物集成，成为建筑不可分割的一部分。光伏建筑一体化BIPV即Building Integrated PV，PV即Photovoltaic。BIPV技术是将太阳能发电（光伏）产品集成到建筑上的技术。光伏建筑一体化（BIPV）不同于光伏系统附着在建筑上（BAPV：Building Attached PV）的形式。现代化社会中，人们对舒适的建筑环境的追求越来越高，导致建筑采暖和空调的能耗日益增长。在发达国家，建筑用能已占全国总能耗的30%-40%，对经济发展形成了一定的制约作用。
2.1 入网模式 光伏技术与建筑相结合应用时，大多采用并网发电的方式，因为国家对并网技术出台了相关政策进行支持。同时，并网技术可以将多余电力输送给电力公司，中心电网控制、管理着光伏发电系统进入或者退出电网。
2.2 BIPV系统组成 BIPV系统与传统光伏电站系统大致相同，但因为其要与建筑构造相融合，因为在对光伏组件的选型和安装上要花一番功夫。光伏逆变装置同样也是整个BIPV系统的控制核心，其性能优劣决定了光伏组件的装换效率。储能设备，主要应用于独立BIPV系统中，一般也采用蓄电池进行电能存储，其充放电的控制也可通过逆变装置的控制单元实现。通过远程监控、数据传输、持续获得的逆变器及风速、雨、光照、温度等系统数据，系统监控装置可及时了解BIPV系统的整体发电状态。
3 典型应用案例
位于武汉东湖新技术开发区汽车电子工业园内的日新工业园，建设工程占地面积42913.4平方米，总建筑面积30900平方米，预算总投资2.5亿元。园区建设按照统一规划，包含2栋太阳能光伏组件生产厂房，1栋绿色照明研发生产厂房（框架钢构二层），1栋光伏工程研究中心（框架五层）和1栋综合楼（框架六层）。在主厂房及薄膜组件生产车间、湖北光伏工程技术研究中心楼、绿色照明产业基地楼及综合楼安装1.2MWp的光伏并网发电系统，整个光伏安装面积为9823平方米。整个土建和光伏施工的建设周期从2008年8月至2010年3月。全部设计为太阳能与建筑一体化，使太阳能光伏组件与建筑有机地结合在一起，真正实现资源节约型、环境友好型的高科技示范园区。
建设目标是采用BIPV技术，实施此装机容量为1.2MW的并网项目，年发电量为160-180万kW·h，将节约大量电力，减少含碳燃料消耗，从而减少粉尘、SO2和CO2排放。整个工业园建成投产后，将形成30MWp电池组件的生产能力，年发电量约为4500万度，节约标准煤18000吨，将减少234吨粉尘，44865吨CO2和1350吨SO2的排放，进而减少对环境的污染。
工业园投产后，公司年产值将达到10亿元人民币，上缴大量税金，可以增加地方财政收入，带动相关产业的发展，对地方经济发展具有重要意义。
4 结语
节能环保是21世界人类最为重视的问题，各国政府都极为重视开发、利用新能源，借助于国外相关光伏建筑一体化的应用实例，从我国国情出发，使太阳能光伏发电技术在公共建筑中大范围应用起来，推动我国太阳能发电事业的飞速发展。
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参考文献：
[1]中投顾问.2012-2016年中国太阳能光伏发电产业投资分析及前景预测报告[R]．全球分析网，2012，3．
[2]R.M.Mach,G.O.Mueller.White light emitting diodes for illumination.SPIE,2000(39):30.
[3]徐青山.分布式发电与微电网技术[M].北京：化学工业出版社，2009，12：25-26.
[4]刘荣.自然能供电技术[M]．北京：电子工业出版社，2000．
[5]王思乡，丁玲.民用建筑中光伏发电系统设计[J].建筑科技，2011，17：72-73.